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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE10120097 A1
Publication typeApplication
Application numberDE2001120097
Publication date7 Nov 2002
Filing date25 Apr 2001
Priority date25 Apr 2001
Also published asDE10120097B4, US6698190, US20020170286
Publication number01120097, 2001120097, DE 10120097 A1, DE 10120097A1, DE-A1-10120097, DE01120097, DE10120097 A1, DE10120097A1, DE2001120097
InventorsAndreas Docter, Andreas Kaupert, Bernd Krutzsch, Arnold Lamm, Bernhard Vogel, Steffen Oliver Wieland
ApplicantDaimler Chrysler Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Automotive exhaust pipe, comprises a branch to reforming reactor supplying oxygen and water
DE 10120097 A1
Abstract
An automotive catalytic exhaust assembly comprises a reforming reactor (1) that extracts hydrogen from fuel. The hydrogen feeds into the exhaust gases (4) upstream of the catalytic converter (3). The reforming reactor has an oxygen and/or water supply (6). The exhaust pipe (4) especially has a branch (5) to the reforming reactor, supplying oxygen and water. An automotive catalytic exhaust assembly comprises a reforming reactor (1) that extracts hydrogen from fuel. The hydrogen feeds into the exhaust gases (4) upstream of the catalytic converter (3). The reforming reactor has an oxygen and/or water supply (6). The exhaust pipe (4) especially has a branch (5) to the reforming reactor, supplying oxygen and water. The reforming reactor (1) adjusts the ratio of oxygen to fuel in the reactor by a mass-flow oxygen sensor (12) linked to a valve or regulator in the branch pipe (5). The reforming reactor has an electrical heater element (10). The reactor (1) is thermally linked to the exhaust pipe (4) and has catalytic substrate structure minimizing pressure losses. The pressure within the branch pipe (5) is no more than that in the exhaust pipe (4).
Claims(17)  translated from German
1. Abgasreinigungsanlage in einem Fahrzeug, wobei ein Reformierungsreaktor ( 1 ) zur Extraktion von Wasserstoff aus Kraftstoff vorgesehen ist und der Wasserstoff einem Abgasstrom einer Abgasleitung ( 4 ) einer Brennkraftmaschine ( 2 ) stromauf eines Abgaskatalysators ( 3 ) zuführbar ist, wobei der Reformierungsreaktor ( 1 ) eine Zuführeinrichtung ( 6 ) für Sauerstoff und/oder Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß der Reformierungsreaktor ( 1 ) mit einem Nebenzweig ( 5 ) der Abgasleitung ( 4 ) verbunden ist und Sauerstoff und Wasser zur Reformierung in Form eines Abgasteilstroms über den Nebenzweig ( 5 ) zuführbar sind. 1. An exhaust gas purification system in a vehicle, wherein a reforming reactor (1) for the extraction of hydrogen is provided from fuel and the hydrogen an exhaust gas flow of an exhaust gas line (4) of an internal combustion engine (2) upstream of a catalytic converter (3) can be supplied, wherein the reforming reactor (1 ) has a feed device (6) for oxygen and / or water, characterized in that the reforming reactor (1) comprising a secondary branch (5) of the exhaust conduit (4) is connected and oxygen and water for reforming in the form of a partial exhaust gas flow through the secondary branch ( 5) can be fed.
2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reformierungsreaktor ( 1 ) Mittel ( 12 , 12 ') zugeordnet sind, um das Verhältnis (ϕ) von Sauerstoff zu Kraftstoff im Reformierungsreaktor ( 1 ) einzustellen. 2. An exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that the reforming reactor (1) comprises means (12, 12 ') are assigned to the ratio (φ) of oxygen to fuel in the reforming reactor (1) adjust.
3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kraftstoff abhängig vom Sauerstoffgehalt des Abgasstroms im Nebenzweig ( 5 ) der Abgasleitung ( 4 ) in den Reformierungsreaktor ( 1 ) zudosierbar ist. 3. An exhaust gas purification system according to claim 2, characterized in that fuel is dependent on the oxygen content of the exhaust stream in the auxiliary branch (5) of the exhaust line (4) into the reforming reactor (1) metered.
4. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenzweig ( 5 ) ein Sauerstoffsensor ( 12 ) vorgesehen ist. 4. An exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that in the secondary branch (5) is provided an oxygen sensor (12).
5. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zuführleitung ( 9 ) für Kraftstoff in den Reformierungsreaktor ( 1 ) ein Massenstromsensor ( 12 ')vorgesehen ist. 5. An exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that in a feed line (9) for fuel in the reforming reactor (1), a mass flow sensor (12 ') is provided.
6. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zuführleitung ( 9 ) und/oder im Nebenzweig ( 5 ) Ventile und/oder Regler zur Einstellung der dem Reformierungsreaktor ( 1 ) zugeführten Kraftstoffmenge und/oder des Abgasstroms im Nebenzweig ( 5 ) vorgesehen sind. 6. emission control system according to claim 4 or 5, characterized in that supplied in a supply line (9) and / or in the secondary branch (5) valves and / or regulators to adjust the the reforming reactor (1) Fuel and / or the exhaust gas flow in the secondary branch ( 5) are provided.
7. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Heizmittel ( 10 ) zur Erwärmung des Reformierungsreaktors ( 1 ) vorgesehen sind. 7. An exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that heating means (10) for heating the reforming reactor (1) are provided.
8. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel ( 10 ) elektrische Heizmittel sind. 8. An exhaust gas purification system according to claim 4, characterized in that the heating means (10) are electrical heating means.
9. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformierungsreaktor ( 1 ) thermisch mit der Abgasleitung ( 4 ) und/oder einem Abgaskrümmer gekoppelt ist. 9. An exhaust gas purification system according to claim 7, characterized in that the reforming reactor (1) is thermally connected to the exhaust pipe (4) and / or an exhaust manifold coupled.
10. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformierungsreaktor ( 1 ) einen Katalysator ( 11 ) mit druckverlustarmer Trägerstruktur aufweist. 10. An exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that the reforming reactor (1) having a catalyst (11) with low pressure drop support structure.
11. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Nebenzweig ( 5 ) höchstens gleich dem Druck in der Abgasleitung ( 4 ) ist. 11. An exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that the pressure in the secondary branch (5) is at most equal to the pressure in the exhaust line (4).
12. Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reformierungsreaktor ( 1 ) ein Teilstrom aus dem Abgasstrom in der Abgasleitung ( 4 ) zugeführt wird und die Reformierung des Kraftstoffs mit dem Sauerstoffgehalt und/oder Wassergehalt im Teilstrom des Abgases durchgeführt wird. 12. A method for operating an exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that the reforming reactor (1) is fed with a partial stream from the exhaust stream in the exhaust conduit (4) and carried out the reformation of the fuel with the oxygen content and / or water content in the partial stream of exhaust gas will.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reformierungsreaktor ( 1 ) zugeführte Kraftstoffmenge abhängig vom Sauerstoffgehalt im Teilstrom eingestellt wird. 13. The method according to claim 12, characterized in that the the reforming reactor (1) supplied fuel quantity is adjusted depending on the oxygen content in the partial stream.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasteilstrom im Nebenzweig ( 5 ) durch Abwärme des Reformierungsreaktors ( 1 ) beheizt wird. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the partial exhaust gas flow in the secondary branch (5) by waste heat of the reforming reactor (1) is heated.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reformierende Kraftstoff durch Abwärme des Reformierungsreaktors ( 1 ) verdampft wird. 15. The method according to any one of claims 12-14, characterized in that the reformable fuel by waste heat of the reforming reactor (1) is vaporized.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformierungsreaktor ( 1 ) in einer Kaltstartphase elektrisch beheizt wird. 16. The method according to any one of claims 12-15, characterized in that the reforming reactor (1) is electrically heated in a cold start phase.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformierungsreaktor ( 1 ) durch einen Abgaskrümmer beheizt wird. 17. The method according to any one of claims 12-16, characterized in that the reforming reactor (1) is heated by an exhaust manifold.
Description  translated from German

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben der Anlage gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. The invention relates to an exhaust gas cleaning system and a method for operating the plant according to the preamble of the independent claims.

Aus der US 5,412,946 A1 ist eine Abgasreinigungsanlage für ein Fahrzeug bekannt, bei der Wasserstoff dem Abgasstrom zugeführt wird, um im Abgaskatalysator Stickoxide im Abgas zu reduzieren. From US 5,412,946 A1 an exhaust gas purification system for a vehicle is known in which hydrogen is supplied to the exhaust gas stream to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas in the exhaust gas catalyst. Der Wasserstoff wird durch Reformierung z. B. aus dem mitgeführten Kraftstoff gewonnen und zusammen mit Sauerstoff und Wasser der Reformierungseinrichtung zugeführt. The hydrogen is produced by reforming z. B. from the entrained fuel and supplied with oxygen and water to the reformer. Dabei wird der Gehalt an zugeführtem Wasserstoff abhängig von der NOX- Menge im Abgasstrom eingestellt. In this case, the content of hydrogen fed is adjusted depending on the amount of NOx in the exhaust stream. Wasser zur Reformierung wird aus einem Wassertank bereitgestellt und vor der Reformierung verdampft, während Sauerstoff in Form von Umgebungsluft angesaugt und der Reformierungseinrichtung zugeführt wird. Water for reforming is supplied from a water tank and prior to reformation evaporated while oxygen sucked in the form of ambient air and the reforming device is supplied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsanlage anzugeben, die eine Systemvereinfachung ermöglicht. The invention has for its object to provide an exhaust gas cleaning system, which allows a simplification of the system.

Diese Aufgabe wird bei einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. This object is achieved in an exhaust gas purification system having the features of claim 1 and by a method with the features of claim 12.

Erfindungsgemäß wird zur Reformierung ausschließlich Wasser und Sauerstoff des Abgasstroms verwendet. According to the invention only water and oxygen in the exhaust stream is used to reform. Auf das Mitführen von zusätzlichen Medientanks und entsprechender Regeleinrichtungen kann verzichtet werden. On the carrying of additional media tanks and associated control equipment can be dispensed with.

Der Vorteil besteht darin, daß auf einfache Weise im Fahrzeug H 2 und CO als Reduktionsmittel für die NO x -Entfernung der konventionellen Abgasnachbehandlung gewonnen werden kann. The advantage is that H 2 and CO can be recovered as a reducing agent for NO x removal of the conventional exhaust gas treatment in a simple manner in the vehicle. Das Mitführen dieser Gase entfällt. Carrying this gas is eliminated. Die Einsatzstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren stammen aus dem im Fahrzeug verfügbaren Kraftstofftank und dem motorischen Abgas. The starting materials for the process according to the invention are from the fuel tank and the motor exhaust available in the vehicle. Es müssen keine zusätzlichen Stoffe an Bord des Fahrzeugs mitgeführt werden. It must be kept on board the vehicle, no additional substances. Es sind keine Tanks und Dosiereinrichtungen für zusätzliche Stoffe erforderlich. There are no tanks and dosing of additional materials required.

Das bevorzugte elektrische Heizmittel wird nur während der Aufheizphase eingesetzt, später kann der dem Reformer zugeführte Abgasteilstrom regenerativ durch den heißen Produktgasstrom vorgewärmt werden. The preferred electrical heating is used only during the heating phase, later supplied to the reformer, the partial exhaust stream regenerative preheated by the hot product gas stream. Das autotherme Verfahren benötigt im stationären Fall keine elektrische Beheizung von außen. The autothermal process required in the stationary case no electrical heating from the outside. So kann elektrische Energie eingespart werden. Thus, electrical energy can be saved.

Der Einsatz eines Katalysators auf einer Trägerstruktur ermöglicht minimale Druckverluste, so daß der Druck im Nebenzweig vergleichbar mit dem in der Abgasleitung ist. The use of a catalyst on a support structure allows minimum pressure losses, so that the pressure in the secondary branch is comparable to that in the exhaust line. Die Katalysatormasse selbst ist niedriger und zeigt einen besseren Ausnutzungsgrad als bei der Verwendung üblicher Schüttkatalysatoren. The catalyst material itself is low, and shows a better utilization rate than with the use of conventional bulk catalysts. Die eingesparte Katalysatormasse muß nicht aufgeheizt werden. The saved catalyst material must not be heated.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the aforementioned features and those yet to be explained not only in the specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor. Further features and advantages of the invention will become apparent from the claims and the description.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die Figuren zeigen: The invention is described below with reference to a drawing, the figures show:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Vorrichtung mit verzweigtem Abgasstrom und Fig. 1 shows a schematic diagram of a preferred apparatus with branched exhaust flow and

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Details des bevorzugten Reformierungsreaktors. Fig. 2 shows a schematic view of a detail of the preferred reforming reactor.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Abgasreinigungsanlage gemäß der Erfindung, die vorzugsweise in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Fig. 1 shows a schematic representation of an exhaust gas purification system according to the invention, which is preferably used in a vehicle. Details des Fahrzeugs sind nicht dargestellt. Details of the vehicle are not shown. Abgas einer Brennkraftmaschine 2 , das durch die Verbrennung von der Brennkraftmaschine 2 aus einem Kraftstofftank 9 ' zugeführten Kraftstoff entsteht, wird über eine Abgasleitung 4 zu einem üblichen Abgaskatalysator 3 geleitet, der bevorzugt mit einem sogenannten DENOX-Katalysator ausgestattet ist. Exhaust gas of an internal combustion engine 2, which is formed by the combustion of the internal combustion engine 2 from a fuel tank 9 'fuel supplied, is passed through an exhaust pipe 4 to a conventional exhaust gas catalytic converter 3 which is preferably provided with a so-called DENOX catalytic converter. Dem Abgasstrom in der Abgasleitung 4 wird Wasserstoff als Reduktionsmittel zugeführt, so daß im Abgaskatalysator 3 Stickoxid zu ungefährlichen Stoffen reduziert werden kann. The exhaust stream in the exhaust pipe 4 is supplied as a reducing agent, so that nitrogen oxide in the exhaust gas catalytic converter 3 can be reduced to harmless substances hydrogen.

Erfindungsgemäß wird ein Teilstrom des Abgases in einem Nebenzweig 5 der Abgasleitung 4 einem Reformierungsreaktor 1 zugeführt. According to the invention, a partial stream of the exhaust gas is fed to a reforming reactor 1 in a side branch 5, the exhaust pipe 4. In dem Reformierungsreaktor 1 wird Wasserstoff aus Kraftstoff extrahiert, welcher über eine Kraftstoffzuführung 9 aus dem Kraftstofftank 9 ' in den Reaktor geleitet wird. In the reforming reactor 1 is hydrogen is extracted from fuel which is fed via a fuel feeder 9 from the fuel tank 9 'to the reactor. Das Reformat, das Wasserstoff und weitere Reaktionsprodukte wie z. B. CO, CO 2 enthält, wird anschließend wieder der Abgasleitung 4 der Brennkraftmaschine 2 stromauf des Abgaskatalysators 3 über eine Leitung 7 zugeführt. The reformate containing hydrogen and other reaction products such as. For example, CO, CO 2, then again the exhaust conduit 4 of the internal combustion engine 2 upstream of the catalytic converter 3 is fed via a line 7. Zusätzlich zu der Kraftstoffzuführung 9 wird dem Reformierungsreaktor 1 über eine Zuführeinrichtung 6 Sauerstoff und/oder Wasser zugeführt, um die Reformierungsreaktion ausführen zu können. In addition to the fuel supply 9 of the reforming reactor 1 is fed via a feed device 6 are oxygen and / or water in order to carry out the reforming reaction can. Gemäß der Erfindung wird der zur Reformierung notwendige Sauerstoff und das notwendige Wasser vom Abgasteilstrom bereitgestellt, der durch den Nebenzweig 5 geleitet wird, dh daß die Zuführeinrichtung 6 durch den Nebenzweig 5 des Abgasstroms versorgt wird. According to the invention necessary for reforming the oxygen and the necessary water from the exhaust gas partial flow is provided which is directed through the side branch 5, that is to say that the feed device 6 is supplied through the secondary branch 5 of the exhaust gas flow. Der Vorteil dabei ist, daß keine zusätzlichen Vorratstanks für Edukte wie Wasser oder Kompressoren für Sauerstoff oder Luft mitgeführt werden müssen. The advantage is that no additional storage tanks must be included for reactants such as water or compressors for oxygen or air. Weiterhin ist das zugeführte Wasser im Abgasstrom im wesentlichen Wasserdampf, so daß eine Verdampfungseinrichtung für das zuzuführende Wasser entfällt. Further, the supplied water is in the exhaust stream substantially water vapor, so that an evaporating means for the water to be supplied is not necessary. Dies bedeutet eine erhebliche Platz- und Gewichtsersparnis sowie Kosteneinsparungen im Fahrzeug. This represents a considerable space and weight savings and cost savings in the vehicle. Dabei ist besonders günstig, denselben Kraftstoff zur Reformierung zu verwenden, mit dem die Brennkraftmaschine 2 versorgt wird, etwa Diesel oder Benzin. It is particularly advantageous to use the same fuel reforming, with which the internal combustion engine 2 is supplied, such as diesel or gasoline. Auch dies trägt entscheidend zur Systemvereinfachung bei, da zusätzliche Pumpen, eine zusätzliche Regelung für sonst notwendige zusätzlich im Fahrzeug mitgeführten Betriebsstoffe und dergleichen entfallen. This also contributes significantly to the simplification of the system, since additional pumps, an additional control for otherwise necessary addition in the vehicle carried on board and the like are eliminated.

Besonders günstig ist, Mittel 12 , 12 ' vorzusehen, um das Verhältnis ϕ von Sauerstoff in der Zuführeinrichtung 6 zu Kraftstoff im Reformierungsreaktor 1 einzustellen. It is particularly advantageous means 12, 12 'provided to adjust the ratio φ of oxygen in the feed 6 to fuel in the reforming reactor 1. Dabei kann sowohl die Kraftstoffmenge als auch die Abgasmenge eingestellt werden, etwa über Ventile und/oder Regler. In this case, both the amount of fuel and the amount of exhaust gas can be set, such as via valves and / or regulators. Besonders günstig ist, einen Massenstromsensor 12 ' in der Zuleitung 9 des Kraftstoffs in den Reformierungsreaktor 1 vorzusehen, um die Kraftstoffzufuhr zu bestimmen und einstellen zu können und/oder ein Sauerstoffsensor 12 im Nebenzweig 5 , um den Sauerstoffgehalt im Abgas zu bestimmen und den Abgasstrom im Nebenzweig entsprechend einzustellen. It is particularly advantageous to provide a mass flow sensor 12 'in the supply line 9 of the fuel in the reforming reactor 1, to determine the fuel supply and be able to adjust and / or an oxygen sensor 12 in the secondary branch 5 to determine the oxygen content in the exhaust gas and the exhaust gas flow in secondary branch adjust accordingly.

Das Verhältnis ϕ stellt die sogenannte Luftzahl der Reformierung dar und gibt das Verhältnis der zugeführten Menge an Sauerstoff zur stöchiometrisch benötigten Sauerstoffmenge für die vollständige Oxidation des zu reformierenden Kraftstoffs im Reformierungsreaktor 1 wieder. The ratio φ represents the so-called air Number of reforming and gives the ratio of the supplied amount of oxygen to stoichiometrically required amount of oxygen for complete oxidation of the fuel to be reformed in the reforming reactor 1 again.

In dem Reformierungsreaktor 1 reagieren die Komponenten O 2 und H 2 O des Teilstroms des Abgases sowie eine im Verhältnis zum O 2 - Gehalt des Abgases stehende, zugeführte Menge an Kraftstoff katalytisch und autotherm miteinander, wobei ausschließlich die im Abgas vorhandene Konzentration von O 2 und H 2 O und die aus dem konventionellen Tank des Fahrzeugs zu entnehmende Menge Kraftstoff genutzt wird. In the reforming reactor 1 react the components O 2 and H 2 O of the partial flow of the exhaust gas and, in proportion to O 2 - content of the exhaust standing supplied amount of fuel is catalytically and autothermically with each other, wherein only the existing in the exhaust gas concentration of O 2 and H 2 O and which is used in the conventional tank of the vehicle to be removed amount of fuel.

Besonders günstig ist es, eine Lambda-Regelung durchzuführen, um den Kraftstoff abhängig vom Sauerstoffgehalt im Nebenzweig 5 des Abgasstroms 4 in den Reformierungsreaktor 1 zuzudosieren. To carry out a lambda control in order to meter the fuel depends on the oxygen content in the secondary branch 5 of the exhaust stream 4 in the reforming reactor 1 is particularly favorable. Bei einer bevorzugten Einstellung der zudosierten Kraftstoffmenge wird ein Teilstrom des Abgases der Abgasleitung 4 über einen Strömungsteiler entnommen. In a preferred adjustment of the metered quantity of fuel, a partial stream of the exhaust gas of the exhaust pipe 4 is taken via a flow divider. Mittels Volumenstrommessung, z. B. mit einem Hitzedrahtanemometer, und O 2 -Konzentrationsmessungen, etwa mit einer Lambda-Sonde, wird der Volumenstrom an O 2 im Teilstrom 5 ermittelt. Using a flow rate measurement, z. B. with a hot-wire anemometer, and O 2 -Konzentrationsmessungen, such as with a lambda probe, the flow rate of O 2 in the substream 5 is determined. Entsprechend einer gewünschten Luftzahl ϕ der autothermen Reformierung wird die Menge an Kraftstoff dem Reformierungsreaktor 1 zugeführt. Depending on the desired air ratio φ autothermal reforming the amount of fuel supplied to the reforming reactor 1.

Im Reformierungsreaktor 1 treten nicht nur eine Reformierungsreaktion, sondern auch partielle Oxidationsreaktionen des zugeführten Kraftstoffs mit der Zusammensetzung C n H m mit dem im Abgas enthaltenen Sauerstoff auf: In the reforming reactor 1 occur not only a reforming reaction but also the partial oxidation reactions of the supplied fuel with the composition C n H m with the oxygen contained in exhaust gas:

C n H m + ϕ (n + m/4)O 2 ⇒ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O C n H m + φ (n + m / 4) O 2 ⇒ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O

sowie Reformierungsreaktionen mit dem im Abgas enthaltenen H 2 O und dem bei der partiellen Oxidation gebildeten H 2 O as well as reforming reactions with the H 2 O contained in the exhaust gas and the formed H 2 O in the partial oxidation

C n H m + y H 2 O ↔ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O C n H m + y H 2 O ↔ CO + CO 2 + H 2 + H 2 O

In der Kombination von Oxidation und Reformierung werden diese Reaktionen üblicherweise autotherme Reformierung genannt. The combination of oxidation and reforming these reactions are usually called autothermal reforming.

Geeignete Reaktionsbedingungen sind etwa eine bevorzugte Luftzahl von ϕ = 0,25 bis 0,35 und eine Edukttemperatur am Eingang des Reformierungsreaktors 1 von mehr als 350°C. Suitable reaction conditions are about a preferred air ratio of φ = 0.25 to 0.35 and an educt temperature at the entrance of the reforming reactor 1 of more than 350 ° C.

Die Temperaturen des Abgases im Teilstrom im Nebenzweig 5 oder auch im Hauptstrom in der Abgasleitung 4 liegen niedriger als die gewünschte Edukttemperatur für die Reformierung, besonders bei Dieselfahrzeugen und vor allem in der Startphase. The temperatures of the exhaust gas in the partial flow in the secondary branch 5 or in the main flow in the exhaust line 4 to be lower than the desired educt temperature for the reforming, particularly in diesel vehicles, and especially in the starting phase.

Vorteilhaft ist daher, wenn der Teilstrom des Abgases durch Abwärme des Reformierungsreaktors 1 beheizt wird. It is advantageous, therefore, if the partial flow of the exhaust gas is heated by waste heat of the reforming reactor 1. Die Oxidationsreaktion ist stark exotherm, so daß das Gemisch im Reformierungsreaktor 1 stark erwärmt wird, typischerweise auf 800-900°C. The oxidation reaction is highly exothermic, so that the mixture is heated strongly in the reforming reactor 1, typically at 800-900 ° C. Damit steht genügend thermische Energie für die endotherme Reformierungsreaktion im Reformierungsreaktor 1 zur Verfügung. Thus, there is sufficient thermal energy for the endothermic reforming reaction in the reforming reactor 1 is available. Überschüssige thermische Energie kann im System weiter eingesetzt werden. Excess thermal energy can be used in the system.

Die verfügbare thermische Energie der Abwärme des Reformierungsreaktors 1 kann vorteilhaft auch zur Verdampfung des zu reformierende Kraftstoff verwendet werden. The available thermal energy of the waste heat of the reforming reactor 1 may be advantageously also be used for evaporating the fuel to be reformed. Weiterhin ist es günstig, den Reformierungsreaktor 1 thermisch mit der Abgasleitung, etwa einem üblichen Abgaskrümmer, zu koppeln, so daß auch die Abwärme der Abgasleitung genutzt werden kann. Furthermore, it is favorable to the reforming reactor 1 is thermally connected to the exhaust line, such as a common exhaust manifold coupling, so that the waste heat from the exhaust pipe can be used. Günstig ist auch, den Abgasteilstrom im Nebenzweig 5 vorzuheizen, indem dieser durch einen Wärmetauscher 8 geleitet wird, der durch den heißen Produktstrom beheizt wird, der aus dem Reformierungsreaktor 1 austritt. It is also advantageous to preheat the partial exhaust gas flow in the secondary branch 5 by this is passed through a heat exchanger 8, which is heated by the hot product stream exiting from the reforming reactor 1. Dazu ist der Wärmetauscher 8 in der Leitung 7 angeordnet, die die Reaktionsprodukte zurück in die Abgasleitung 4 führt. For this purpose, the heat exchanger 8 is arranged in the conduit 7, which leads the reaction products back into the exhaust pipe 4.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführung des Reformierungsreaktors 1 schematisch dargestellt. In FIG. 2, a preferred embodiment of the reforming reactor 1 is shown schematically. In dem Reformierungsreaktor 1 sind Heizmittel 10 zur Erwärmung des Reformierungsreaktors 1 während der Startphase und ein Katalysator 11 vorgesehen. In the reforming reactor 1 the heating means 10 for heating the reforming reactor 1 during the starting phase and a catalyst 11 are provided. Der Katalysator 11 ist vorzugsweise auf einer Trägerstruktur angeordnet, welche nur einen geringen Druckverlust verursacht. The catalyst 11 is preferably arranged on a support structure, which causes only a small pressure loss. Die Heizmittel 10 sind vorzugsweise stromauf des Katalysators 11 angeordnet. The heating means 10 are preferably arranged upstream of the catalyst 11. Durch die Trägerstruktur des Katalysators 11 ist der Druckverlust im Reformierungsreaktor niedrig, so daß der Druck im Nebenzweig 5 des Abgasstroms ebenfalls niedrig ist. Due to the structure of the catalyst carrier 11, the pressure loss in the reforming reactor is low, so that the pressure in the secondary branch of the exhaust stream 5 is also low. Daher kann der Abgasteilstrom einfach aus der Abgasleitung 4 abgezweigt werden und muß nicht aktiv gegen eine Druckdifferenz gefördert werden. Therefore, the partial exhaust gas stream can be easily diverted from the exhaust pipe 4 and need not be actively promoted to a pressure difference. Vorzugsweise ist die Katalysatorschicht auf der Trägerstruktur des Katalysators 11 nur wenige Mikrometer dick. Preferably, the catalyst layer is thick on the support structure of the catalyst 11 is only a few microns. Das bringt bei hohen Temperaturen um 800°C, wie sie zur Kohlenwasserstoffreformierung angewandt werden, gegenüber Schüttkatalysatoren üblicher Größe den Vorteil, daß keine Porendiffusionshemmung auftritt und der eingesetzte Katalysator 11 nahezu vollständig genutzt wird. This has the advantage that no pore diffusion inhibition occurs and the catalyst used is 11 almost entirely used at high temperatures around 800 ° C, as applied to hydrocarbon reforming, compared to bulk catalysts usual size. Typische Schüttkatalysatoren bestehen aus Kugeln geträgerten Katalysatormaterials, die Durchmesser im Millimeterbereich aufweisen. Typical bulk catalysts consist of balls supported catalyst material, having diameters in the millimeter range. Damit entfällt ein Aufheizen einer nicht benötigten Katalysatormasse, ebenso wird Gewicht eingespart. This eliminates the unnecessary heating of a catalyst mass, as weight is saved.

Die Heizmittel 10 können elektrische Heizmittel sein, etwa eine Glühkerze oder eine Glühwendel oder ein sonstiger Heizwiderstand. The heating means 10 may be electrical heating means, such as a glow plug or a filament or other heating resistor. Günstig ist, die elektrischen Heizmittel 10 stromauf vor oder in der eigentlichen Katalysatorstruktur 11 vorzusehen. Is low, the electric heating means 10 upstream of or in the actual catalyst structure provide 11. Zweckmäßigerweise wird der Reformierungsreaktor 1 nur in der Aufheizphase elektrisch beheizt. Conveniently, the reforming reactor 1 is electrically heated only during the heating phase. Später kann der dem Reformierungsreaktor 1 zugeführte Abgasteilstrom regenerativ durch den heißen Produktgasstrom am Ausgang des Reformierungsreaktors 1 vorgewärmt werden. Later, the reforming reactor 1 supplied partial exhaust gas flow can be regeneratively preheated by the hot product gas stream at the output of the reforming reactor 1. Das verwendete autotherme Reformierungsverfahren benötigt im stationären Fall keine zusätzliche Beheizung von außen. The autothermal reforming process used in the stationary case requires no additional heating from the outside. So kann Energie etwa gegenüber einem endothermen Dampfreformierungsverfahren eingespart werden. Thus, energy can be saved as compared to an endothermic steam reforming process.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise im Fahrzeug H 2 und CO als Reduktionsmittel für die NO x -Entfernung der konventionellen Abgasnachbehandlung gewonnen werden. By the apparatus and method of the invention of the invention can be obtained H 2 and CO as reducing agent for NO x removal of the conventional exhaust gas treatment in a simple manner in the vehicle. Das Mitführen dieser Stoffe als zusätzliche Betriebsmittel entfällt. Carrying this matter is omitted as additional resources. Die Einsatzstoffe für das beschriebene Verfahren stammen vielmehr aus dem im Fahrzeug verfügbaren Kraftstofftank (flüssiger Kohlenwasserstoff) und dem motorischen Abgas. The starting materials for the process described rather come from the available in the vehicle fuel tank (liquid hydrocarbon) and the motor exhaust. Daher sind keine zusätzlichen Tanks und Dosiereinrichtungen notwendig. Therefore, no additional tanks and dosing are required.

Referenced by
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Classifications
International ClassificationF01N3/20
Cooperative ClassificationY10S123/12, F01N2610/04, F01N2240/30, F01N3/206
European ClassificationF01N3/20D
Legal Events
DateCodeEventDescription
7 Nov 2002OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law
7 Nov 2002OR8Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
12 Dec 20028125Change of the main classification
Ipc: F01N 3/08
19 Jan 20068364No opposition during term of opposition
3 May 20078327Change in the person/name/address of the patent owner
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE
17 Jan 20088327Change in the person/name/address of the patent owner
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE
11 Dec 20088320Willingness to grant licenses declared (paragraph 23)
9 Dec 20108327Change in the person/name/address of the patent owner
Owner name: WIELAND, STEFFEN, DR., 74080 HEILBRONN, DE
18 Jan 2012R082Change of representative
Representative=s name: PRINZ & PARTNER PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE, DE
Representative=s name: PRINZ & PARTNER PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE, 803
8 Mar 2012R082Change of representative
Representative=s name: PRINZ & PARTNER PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE, DE
Effective date: 20120118
Representative=s name: PRINZ & PARTNER MBB PATENTANWAELTE RECHTSANWAE, DE
Effective date: 20120118
8 Mar 2012R081Change of applicant/patentee
Owner name: ENYMOTION GMBH, DE
Free format text: FORMER OWNER: WIELAND, STEFFEN, DR., 74080 HEILBRONN, DE
Effective date: 20120118
6 Feb 2014R119Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
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